利用圆偏振激光实现半导体纳米晶中单激子增益的方法技术

本发明专利技术提供一种利用圆偏振激光实现半导体纳米晶中单激子增益的方法，涉及激光技术领域。该方法包括以下步骤：采用半导体纳米晶制备薄膜样品，使样品分子紧密填充且位置固定；使用紫外

【技术实现步骤摘要】
利用圆偏振激光实现半导体纳米晶中单激子增益的方法


[0001]本专利技术涉及激光
，具体涉及一种利用圆偏振激光实现半导体纳米晶中单激子增益的方法。

技术介绍

[0002]激光技术在通信、医疗、科研等领域有着广泛的应用，具有极大的市场需求。激光阈值是激光领域研究的核心问题之一，如何降低激光阈值以及寻找低阈值的新材料，是激光技术重点关注的课题。
[0003]目前，对激光原理的研究已经趋向成熟，对激光阈值的了解也逐步深入。激光产生的基础在于发生放大自发辐射。处于激发态的电子跃迁回价带，通过自发辐射产生光子，这些光子进一步诱导激发态电子产生受激辐射，从而达到光放大的目的。当受激辐射产生的光子大于受激吸收时，剩下的光子将会以激光的形式发射出来。刚好满足激光出射条件时的入射光光强即为阈值。
[0004]近年来，半导体纳米晶由于具有波长连续可调、窄带发射以及高光致发光量子产率等优异的发光性能，成为了光学增益材料的研究热点。然而，在半导体纳米晶中，处于激发态的电子将会与价带空穴结合形成激子，激子间的相互作用使其结合形成多激子，由于俄歇复合的存在，多激子的能量会以热能的形式损耗，导致受激辐射效率低下，阈值难以降低。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的上述不足，本专利技术提供了一种利用圆偏振激光实现半导体纳米晶中单激子增益的方法。
[0006]本专利技术提供了一种利用圆偏振激光实现半导体纳米晶中单激子增益的方法，包括以下步骤：采用半导体纳米晶制备薄膜样品，使样品分子紧密填充且位置固定；使用紫外
‑
可见吸收光谱仪测量薄膜样品的吸光度；利用飞秒激光器与圆偏振片产生一束圆偏振光，作为泵浦光聚焦到薄膜样品上；改变泵浦光的光强，使用另一束圆偏振光作为探测光，探测薄膜样品的基态漂白信号强度；判断基态漂白信号强度是否等于吸光度，如果是，则确定泵浦光的临界光强即为单激子的增益阈值。
[0007]进一步地，半导体纳米晶为钙钛矿纳米晶材料，钙钛矿纳米晶材料包括CsPbBr3、CsPbI3、MAPbI3或MAPbBr3。
[0008]进一步地，制备薄膜样品的步骤包括：使用旋涂仪将溶液样品旋涂至玻璃片上，待溶剂挥发后样品分子紧密填充且位置得以固定。
[0009]进一步地，测量薄膜样品的吸光度，包括：
[0010]测量薄膜样品在400nm～600nm波长范围的吸光度，吸光度根据以下公式测量得出：
[0011][0012]式中，α0表示薄膜样品在400nm～600nm波长范围的吸光度；I0表示白光的原始强度；I表示没有泵浦光激发情况下，白光透过薄膜样品后的强度。
[0013]进一步地，泵浦光的波长范围为450nm～515nm。
[0014]进一步地，探测光的波长范围为450nm～550nm。
[0015]进一步地，基态漂白信号强度为在有泵浦光和无泵浦光激发的情况下，薄膜样品对探测光吸收的变化量；基态漂白信号强度根据以下公式测量得出：
[0016][0017]式中，Δα表示薄膜样品的基态漂白信号强度；I表示没有泵浦光激发情况下，探测光透过薄膜样品后的强度；I1表示有泵浦光激发情况下，探测光透过薄膜样品后的强度。
[0018]进一步地，判断基态漂白信号强度是否大于或等于吸光度，包括：
[0019]当α0+Δα≤0时，受激辐射补偿了吸收，产生了光学增益，确定泵浦光的临界光强即为单激子的增益阈值，其中，泵浦光的临界光强为I1＝I时泵浦光的光强。
[0020]与现有技术相比，本专利技术提供的利用圆偏振激光实现半导体纳米晶中单激子增益的方法，通过改变激发光偏振，探测激发后薄膜样品吸收与受激发射情况随入射功率的变化情况，与吸光度相比较后得出，圆偏振光激发时光学增益的阈值更低，表明其增益由单激子主导。
附图说明
[0021]通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述，本专利技术的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
[0022]图1示意性示出了利用圆偏振激光实现半导体纳米晶中单激子增益的方法的流程图；
[0023]图2示意性示出了实现半导体纳米晶中单激子增益的方法的简化装置图；
[0024]图3示意性示出了圆偏振光产生单激子增益的原理图；
[0025]图4示意性示出了泵浦光和探测光具有相同/相反旋向的圆偏振时的测试结果图；
[0026]图5示意性示出了圆偏振光/非圆偏振光激发下的增益阈值图。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本专利技术。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
[0029]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0030]在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
[0031]图1示意性示出了利用圆偏振激光实现半导体纳米晶中单激子增益的方法的流程图。如图1所示，本专利技术实施例提供的利用圆偏振激光实现半导体纳米晶中单激子增益的方法，包括以下步骤：
[0032]步骤S1，采用半导体纳米晶制备薄膜样品，使样品分子紧密填充且位置固定；
[0033]步骤S2，使用紫外
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可见吸收光谱仪测量薄膜样品的吸光度；
[0034]步骤S3，利用飞秒激光器与圆偏振片产生一束圆偏振光，作为泵浦光聚焦到薄膜样品上；
[0035]步骤S4，改变泵浦光的光强，使用另一束圆偏振光作为探测光，探测薄膜样品的基态漂白信号强度；
[0036]步骤S5，判断基态漂白信号强度是否等于吸光度，如果是，则确定泵浦光的临界光强即为单激子的增益阈值。
[0037]经过试验得知，与非圆偏振光激发下由双激子主导的阈值相比，圆偏振光激发下的阈值明显较低，表明其增益由单激子主导。
[0038]本专利技术实施例中，半导体纳米晶为钙钛矿纳米晶材料，钙钛矿纳米晶材料包括CsPbBr3、CsPbI3、MAPbI3或MAPbBr3。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用圆偏振激光实现半导体纳米晶中单激子增益的方法，其特征在于，包括以下步骤：采用半导体纳米晶制备薄膜样品，使样品分子紧密填充且位置固定；使用紫外
‑
可见吸收光谱仪测量所述薄膜样品的吸光度；利用飞秒激光器与圆偏振片产生一束圆偏振光，作为泵浦光聚焦到所述薄膜样品上；改变所述泵浦光的光强，使用另一束圆偏振光作为探测光，探测所述薄膜样品的基态漂白信号强度；判断所述基态漂白信号强度是否等于所述吸光度，如果是，则确定所述泵浦光的临界光强即为所述单激子的增益阈值。2.根据权利要求1所述的利用圆偏振激光实现半导体纳米晶中单激子增益的方法，其中，所述半导体纳米晶为钙钛矿纳米晶材料，所述钙钛矿纳米晶材料包括CsPbBr3、CsPbI3、MAPbI3或MAPbBr3。3.根据权利要求1所述的利用圆偏振激光实现半导体纳米晶中单激子增益的方法，其中，所述制备薄膜样品的步骤包括：使用旋涂仪将溶液样品旋涂至玻璃片上，待溶剂挥发后样品分子紧密填充且位置得以固定。4.根据权利要求1所述的利用圆偏振激光实现半导体纳米晶中单激子增益的方法，其中，所述测量所述薄膜样品的吸光度，包括：测量所述薄膜样品在400nm～600nm波长范围的吸光度，所述吸光度根据以下公式测量得出：式...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊逢佳，唐贝贝，李桂海，杜江峰，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：